Issiqlik jarayonilarining qaytmasligi
Download 250.06 Kb.
|
ISSIQLIK JARAYONILARINING QAYTMASLIGI
|
harakatlantiruvchi kuch. Bu zamonaviy fan sifatida termodinamikaning boshlanishini belgiladi.[10]
Birinchi termodinamik darslik 1859 yilda yozilgan Uilyam Rankin, dastlab fizik va fuqarolik va mashinasozlik bo'yicha professor sifatida o'qitilgan Glazgo universiteti.[19] Termodinamikaning birinchi va ikkinchi qonunlari 1850-yillarda, birinchi navbatda, asarlaridan bir vaqtning o'zida paydo bo'ldi Uilyam Rankin, Rudolf Klauziy va Uilyam Tomson (Lord Kelvin).[20] Kabi fiziklar tomonidan statistik termodinamikaning asoslari belgilab berilgan Jeyms Klerk Maksvell, Lyudvig Boltsman, Maks Plank, Rudolf Klauziy va J. Uillard Gibbs. 1873–76 yillarda amerikalik matematik fizik Josiya Uillard Gibbs uchta hujjat to'plamini nashr etdi, eng mashhuri Geterogen moddalar muvozanati to'g'risida,[3] unda u qanday qilib ko'rsatdi termodinamik jarayonlar, shu jumladan kimyoviy reaktsiyalar ni o'rganish orqali grafik tahlil qilish mumkin energiya, entropiya, hajmi, harorat va bosim ning termodinamik tizim shu tarzda, jarayon o'z-o'zidan paydo bo'lishini aniqlash mumkin.[21] Shuningdek Per Duxem 19-asrda kimyoviy termodinamika haqida yozgan.[4] 20-asrning boshlarida, kabi kimyogarlar Gilbert N. Lyuis, Merle Randall,[5] va E. A. Guggenxaym[6][7] kimyoviy jarayonlarni tahlil qilishda Gibbsning matematik usullarini qo'llagan. Etimologiya Ning etimologiyasi termodinamika murakkab tarixga ega.[22] Bu birinchi marta sifat sifatida tire shaklida yozilgan (termo-dinamik) va 1854 yildan 1868 yilgacha ism sifatida termo-dinamikasi umumlashtirilgan issiqlik dvigatellari fanini ifodalash.[22] Amerika biofizik Donald Xeyni buni da'vo qilmoqda termodinamika 1840 yilda yaratilgan Yunoncha ildiz θέrmη terma, "issiqlik" ma'nosini anglatadi va gámíς dinamis, "kuch" ma'nosini anglatadi.[23] Per Perrotning ta'kidlashicha, bu atama termodinamika tomonidan yaratilgan Jeyms Joul issiqlik va quvvat o'rtasidagi munosabatlar fanini belgilash uchun 1858 yilda,[10] ammo, Joule bu atamani hech qachon ishlatmagan, aksincha bu atamani ishlatgan mukammal termo-dinamik vosita Tomsonning 1849 yiliga nisbatan[24] frazeologizm.[22] 1858 yilga kelib, termo-dinamikasi, funktsional atama sifatida ishlatilgan Uilyam Tomson "Karnoning issiqlikning harakatlantiruvchi kuchi nazariyasining hisobi".[24] Termodinamikaning tarmoqlari Termodinamik tizimlarni o'rganish bir-biriga bog'liq bo'lgan bir nechta tarmoqlarga aylandi, ularning har biri nazariy yoki eksperimental asos sifatida har xil fundamental modeldan foydalanadi yoki printsiplarni turli xil tizimlarga qo'llaydi. Klassik termodinamika Klassik termodinamika - bu muvozanatga yaqin bo'lgan termodinamik tizimlarning holatlarini tavsiflash, bu makroskopik, o'lchanadigan xususiyatlardan foydalanadi. U asosidagi energiya, ish va issiqlik almashinuvini modellashtirish uchun ishlatiladi termodinamikaning qonunlari. Saralash klassik bu 19-asrda rivojlanib borgan sari mavzuni anglashning birinchi darajasini ifodalaydi va tizim o'zgarishini makroskopik empirik (keng ko'lamli va o'lchanadigan) parametrlar nuqtai nazaridan tavsiflaydi. Ushbu tushunchalarning mikroskopik talqini keyinchalik rivojlanishi bilan ta'minlandi statistik mexanika. Statistik mexanika Statistik mexanika, shuningdek, statistik termodinamika deb nomlanib, 19-asr oxiri va 20-asr boshlarida atom va molekulyar nazariyalarning rivojlanishi bilan vujudga keldi va klassik termodinamikani alohida zarralar yoki kvant-mexanik holatlar o'rtasidagi mikroskopik o'zaro ta'sirlarni izohlash bilan to'ldirdi. Ushbu soha alohida atomlar va molekulalarning mikroskopik xususiyatlarini inson miqyosida kuzatilishi mumkin bo'lgan materiallarning makroskopik, asosiy xususiyatlari bilan bog'laydi va shu bilan klassik termodinamikani statistikaning tabiiy natijasi, klassik mexanika va kvant nazariyasi mikroskopik darajada.[20] Kimyoviy termodinamika Kimyoviy termodinamika ning o'zaro bog'liqligini o'rganishdir energiya bilan kimyoviy reaktsiyalar yoki jismoniy o'zgarish bilan davlat doirasida termodinamikaning qonunlari. Muvozanat termodinamikasi Muvozanat termodinamikasi atrofdagi idoralar tomonidan termodinamik muvozanat holatidan boshqasiga o'tkazilishi mumkin bo'lgan tizimlarda yoki jismlarda materiya va energiya uzatilishini o'rganadi. "Termodinamik muvozanat" atamasi muvozanat holatini ko'rsatadi, unda barcha makroskopik oqimlar nolga teng; eng sodda tizimlar yoki jismlar uchun ularning intensiv xususiyatlari bir hil bo'lib, bosimlari chegaralariga perpendikulyar. Muvozanat holatida tizimning makroskopik jihatdan ajralib turadigan qismlari o'rtasida muvozanatsiz potentsiallar yoki harakatlantiruvchi kuchlar mavjud emas. Muvozanat termodinamikasining asosiy maqsadi: aniq belgilangan dastlabki muvozanat holatidagi tizim va uning atrofini hisobga olgan holda va uning tuzuvchi devorlarini hisobga olgan holda, belgilangan termodinamik operatsiya o'zgarganidan keyin tizimning oxirgi muvozanat holati qanday bo'lishini hisoblash. uning devorlari yoki atrofi. Muvozanatsiz termodinamika mavjud bo'lmagan tizimlar bilan shug'ullanadigan termodinamikaning bir bo'limi termodinamik muvozanat. Tabiatda topilgan tizimlarning aksariyati termodinamik muvozanatda emas, chunki ular harakatsiz holatidadir va ular doimiy ravishda va uzluksiz ravishda boshqa tizimlarga va energiya oqimiga ta'sir qiladi. Muvozanat bo'lmagan tizimlarni termodinamik o'rganish muvozanatli termodinamikada ko'rib chiqilganidan ko'ra ko'proq umumiy tushunchalarni talab qiladi. Bugungi kunda ham ko'plab tabiiy tizimlar ma'lum bo'lgan makroskopik termodinamik usullar doirasidan tashqarida qolmoqda. Termodinamika qonunlari Asosiy maqola: Termodinamika qonunlari Termodinamika asosan to'rtta qonunlar to'plamiga asoslanadi, ular har biri tomonidan belgilab qo'yilgan cheklovlarga kiradigan tizimlarga nisbatan qo'llanilganda universal kuchga ega. Termodinamikaning turli xil nazariy tavsiflarida ushbu qonunlar bir-biridan farq qiladigan ko'rinishda ifodalanishi mumkin, ammo eng ko'zga ko'ringan formulalar quyidagilar. Zerot qonuni The termodinamikaning nolinchi qonuni aytadi: Agar ikkita tizim har biri uchinchi bilan termal muvozanatda bo'lsa, ular ham bir-biri bilan termal muvozanatda bo'ladi. Ushbu bayonot issiqlik muvozanati an ekvivalentlik munosabati to'plamida termodinamik tizimlar ko'rib chiqilmoqda. Tizimlar muvozanatda deyiladi, agar ular orasidagi kichik, tasodifiy almashinuvlar (masalan.) Braun harakati ) energiyaning aniq o'zgarishiga olib kelmang. Ushbu qonun haroratni har bir o'lchovida jimgina qabul qilinadi. Shunday qilib, agar kimdir ikkita tanani bir xil deb qaror qilmoqchi bo'lsa harorat, ularni aloqa qilish va ularning kuzatiladigan xususiyatlarining har qanday o'zgarishini vaqtida o'lchash shart emas.[25] Qonunda haroratning empirik ta'rifi va amaliy termometrlarni qurish asoslari keltirilgan. Nolinchi qonun dastlab termodinamikaning alohida qonuni sifatida tan olinmadi, chunki uning termodinamik muvozanatdagi asosi boshqa qonunlarda nazarda tutilgan edi. Birinchi, ikkinchi va uchinchi qonunlar allaqachon aniq aytilgan va haroratni aniqlash uchun nolinchi qonunning ahamiyati anglab etilgunga qadar fizika jamoalarida umumiy qabul qilingan. Boshqa qonunlarni qayta raqamlash maqsadga muvofiq bo'lmaganligi sababli, nol qonuni. Birinchi qonun The termodinamikaning birinchi qonuni aytadi: Moddaning uzatilishisiz jarayonda o'zgarish ichki energiya, ΔU, a termodinamik tizim issiqlik sifatida olingan energiyaga teng, Q, kamroq termodinamik ish, V, tizim tomonidan uning atrofida amalga oshiriladi.[26][nb 1] . Moddani uzatishni o'z ichiga olgan jarayonlar uchun qo'shimcha bayonot kerak: Tizimlarning tegishli fidusial mos yozuvlar holatlarini hisobga olgan holda, dastlab faqat suv o'tkazmaydigan devor bilan ajratilgan va boshqa yo'l bilan ajratilgan har xil kimyoviy tarkibga ega bo'lgan ikkita tizim yangi tizimga birlashtirilganda, ularni olib tashlash termodinamik operatsiyasi bilan amalga oshiriladi. keyin devor , qayerda U0 birlashgan tizimning ichki energiyasini bildiradi va U1 va U2 tegishli ajratilgan tizimlarning ichki energiyalarini belgilang. Termodinamikaga moslashtirilgan ushbu qonun - tamoyilining ifodasidir energiyani tejash, unda energiya o'zgarishi (bir shakldan ikkinchisiga o'zgarishi) mumkin, lekin uni yaratish yoki yo'q qilish mumkin emas.[27] Ichki energiya bu asosiy xususiyatdir termodinamik holat, issiqlik va ish esa energiya uzatish usullari bo'lib, bu jarayon bu holatni o'zgartirishi mumkin. Tizimning ichki energiyasining o'zgarishi qo'shilgan yoki chiqarilgan issiqlikning har qanday kombinatsiyasi va tizimda yoki u tomonidan bajarilgan ish bilan ta'minlanishi mumkin. Kabi davlatning funktsiyasi, ichki energiya tizimga yoki o'z holatiga kelgan oraliq bosqichlar orqali o'tadigan yo'lga bog'liq emas. Ikkinchi qonun The termodinamikaning ikkinchi qonuni aytadi: Issiqlik o'z-o'zidan sovuqroq joydan issiqroq joyga oqishi mumkin emas.[20] Ushbu qonun tabiatda kuzatiladigan parchalanishning umumbashariy tamoyilining ifodasidir. Ikkinchi qonun - vaqt o'tishi bilan harorat, bosim va kimyoviy potentsialdagi farqlar tashqi dunyodan ajratilgan fizik tizimda tenglashishga moyilligini kuzatish. Entropiya bu jarayon qanchalik rivojlanganligini o'lchaydigan o'lchovdir. Muvozanatda bo'lmagan izolyatsiya qilingan tizim entropiyasi vaqt o'tishi bilan muvozanat holatidagi maksimal qiymatga yaqinlashib boradi. Biroq, muvozanatdan uzoq bo'lgan tizimlarni boshqaradigan printsiplar hali ham bahsli. Bunday tamoyillardan biri maksimal entropiya ishlab chiqarish tamoyil.[28][29] Muvozanatsiz tizimlar uning entropiyasini ishlab chiqarishni maksimal darajaga ko'taradigan tarzda o'zini tutishini ta'kidlaydi.[30] Klassik termodinamikada ikkinchi qonun issiqlik energiyasini uzatishni o'z ichiga olgan har qanday tizim uchun qo'llaniladigan asosiy postulatdir; statistik termodinamikada ikkinchi qonun molekulyar betartiblikning taxmin qilingan tasodifiy natijasidir. Ikkinchi qonunning ko'plab versiyalari mavjud, ammo ularning barchasi bir xil ta'sirga ega, bu hodisani ifodalashdir qaytarilmaslik tabiatda. Uchinchi qonun The termodinamikaning uchinchi qonuni aytadi: Tizimning harorati mutlaq nolga yaqinlashganda, barcha jarayonlar to'xtaydi va tizim entropiyasi minimal qiymatga yaqinlashadi. Ushbu termodinamik qonun - bu entropiya va unga erishishning iloji yo'qligi haqidagi tabiatning statistik qonuni mutlaq nol harorat. Ushbu qonun entropiyani aniqlash uchun mutlaq mos yozuvlar nuqtasini taqdim etadi. Ushbu nuqtaga nisbatan aniqlangan entropiya mutlaq entropiya hisoblanadi. Shu bilan bir qatorda ta'riflarga "barcha tizimlarning entropiyasi va tizimning barcha holatlari mutlaq nolga teng bo'lganda eng kichik" yoki teng ravishda "har qanday sonli jarayonlar bilan haroratning mutlaq noliga erishish mumkin emas" kiradi. Agar erishish mumkin bo'lsa, barcha faollik to'xtab qoladigan mutlaq nol - -273,15 ° C (Selsiy daraja) yoki -459,67 ° F (Farangeyt daraja) yoki 0 K (kelvin) yoki 0 ° R (daraja). Rankin ). Tizim modellari Umumiy termodinamik tizim diagrammasi Termodinamikadagi muhim tushuncha termodinamik tizim, bu o'rganilayotgan koinotning aniq belgilangan mintaqasi. Koinotdagi tizimdan tashqari hamma narsa atrof. Tizim olamning qolgan qismidan a bilan ajralib turadi chegara Bu jismoniy yoki shartli bo'lishi mumkin, ammo tizimni cheklangan hajmda cheklashga xizmat qiladi. Segmentlari chegara sifatida ko'pincha tavsiflanadi devorlar; ular tegishli ravishda "o'tkazuvchanlik" ga ega. Sifatida energiya uzatish ish yoki kabi issiqlik, yoki materiya, tizim va atrof o'rtasida, ularning o'tkazuvchanligiga ko'ra, devorlar orqali sodir bo'ladi. Tizimning ichki energiyasida o'zgarishlarni amalga oshirish uchun chegaradan o'tgan materiya yoki energiya energiya balansi tenglamasida hisobga olinishi kerak. Devorlarning hajmi, masalan, energiyani aks ettiruvchi bitta atomni o'rab turgan mintaqa bo'lishi mumkin Maks Plank 1900 yilda belgilangan; u a tarkibidagi bug 'yoki havo tanasi bo'lishi mumkin bug 'dvigateli, kabi Sadi Karnot 1824 yilda belgilangan. Tizim faqat bittasi bo'lishi mumkin nuklid (ya'ni tizim kvarklar ) taxmin qilinganidek kvant termodinamikasi. Agar bo'shashgan nuqtai nazar qabul qilinganda va termodinamik muvozanat talabidan voz kechilsa, tizim a tanasi bo'lishi mumkin tropik siklon, kabi Kerri Emanuel sohasida 1986 yilda nazariylashtirilgan atmosfera termodinamikasi yoki voqealar ufqi a qora tuynuk. Chegaralar to'rt turga bo'linadi: qat'iy, harakatlanuvchi, haqiqiy va xayoliy. Masalan, dvigatelda belgilangan chegara pistonni o'z joyida qulflanganligini anglatadi, uning ichida doimiy hajm jarayoni bo'lishi mumkin. Agar piston harakatlanishiga ruxsat berilsa, bu chegara silindr va silindr boshining chegaralari aniqlanganda harakatga keladi. Yopiq tizimlar uchun chegaralar haqiqiy, ochiq tizimlar uchun esa ko'pincha xayoliy bo'ladi. Reaktiv dvigatelda dvigatelni qabul qilishda sobit xayoliy chegara, kassa yuzasi bo'ylab belgilangan chegaralar va egzoz teshigi bo'ylab ikkinchi xayoliy chegara qabul qilinishi mumkin. Umuman olganda, termodinamika uchta chegarani ajratib turadi, ularning chegaralarini kesib o'tishga ruxsat berilgan narsalar bo'yicha aniqlanadi:
Izolyatsiya qilingan tizimda vaqt o'tishi bilan bosim, zichlik va haroratning ichki farqlari tenglashishga intiladi. Barcha tenglashtirish jarayonlari yakunlangan tizim a da deyiladi davlat ning termodinamik muvozanat. Bir marta termodinamik muvozanatda bo'lgan tizimning xossalari, vaqt bo'yicha o'zgarmaydi. Muvozanatdagi tizimlar muvozanatda bo'lmagan tizimlarga qaraganda ancha sodda va osonroq tushuniladi. Ko'pincha, dinamik termodinamik jarayonni tahlil qilishda soddalashtiruvchi taxmin shuki, jarayondagi har bir oraliq holat muvozanatda bo'lib, har bir oraliq qadam muvozanat holati bo'lishiga imkon beradigan darajada sekin rivojlanib boradigan termodinamik jarayonlarni hosil qiladi. qaytariladigan jarayonlar. Shtatlar va jarayonlar Tizim ma'lum bir shartlar to'plamida muvozanatda bo'lsa, u aniqlikda deyiladi termodinamik holat. Tizimning holatini bir qator bilan tavsiflash mumkin davlat miqdori bu tizim o'z holatiga kelgan jarayonga bog'liq emas. Ular chaqiriladi intensiv o'zgaruvchilar yoki keng o'zgaruvchilar tizim hajmi o'zgarganda ularning qanday o'zgarishiga qarab. Tizimning xususiyatlarini an tomonidan tasvirlash mumkin davlat tenglamasi bu o'zgaruvchilar o'rtasidagi bog'liqlikni aniqlaydi. Vaziyatni o'zgaruvchanlarning belgilangan miqdorini doimiy ushlab turadigan tizimning oniy miqdoriy tavsifi deb tasavvur qilish mumkin. A termodinamik jarayon dastlabki holatdan yakuniy holatga o'tadigan termodinamik tizimning energetik evolyutsiyasi sifatida ta'riflanishi mumkin. Bu tomonidan tavsiflanishi mumkin jarayon miqdori. Odatda, har bir termodinamik jarayon boshqa parametrlardan, masalan, harorat, bosim yoki hajm va boshqalar kabi qanday parametrlarga qarab energetik xarakterdagi farqlanadi; Bundan tashqari, ushbu jarayonlarni juftlarga birlashtirish foydalidir, bunda har bir o'zgaruvchi o'zgarmas a ning bitta a'zosi bo'ladi birlashtirmoq juftlik. Bir nechta keng tarqalgan o'rganilgan termodinamik jarayonlar: Adiabatik jarayon: energiyani yo'qotmasdan yoki ko'paymasdan sodir bo'ladi issiqlik Isentalpik jarayon: doimiy ravishda sodir bo'ladi entalpiya Izentropik jarayon: qaytariladigan adiyabatik jarayon, doimiy ravishda sodir bo'ladi entropiya Izobarik jarayon: doimiy ravishda sodir bo'ladi bosim Izoxorik jarayon: doimiy ravishda sodir bo'ladi hajmi (izometrik / izovolumetrik deb ham ataladi) Izotermik jarayon: doimiy ravishda sodir bo'ladi harorat Barqaror holat jarayoni: o'zgarmasdan sodir bo'ladi ichki energiya Asboblar Ikkita turi mavjud termodinamik asboblar, Download 250.06 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: 
| ||||||||||||||||||||||||||||